Как рассчитать антенну диполь

Основные формулы для расчета антенн.

Здесь приведены некоторые формулы наиболее часто применяемые для расчета антенн. Встроенные калькуляторы помогут облегчить радиолюбителям расчеты при различных экспериментах с антеннами. Приведенные формулы взяты из различных источников и систематизированы для разных антенн.

1. Основные формулы для диполя и штыря

2. Формулы для антенны "Двойной квадрат"

3. Формулы для антенны YAGI

4. Y-образная схема согласования антенн YAGI

Длина L трубки схемы
согласования, см

Расстояние А, см

Макс. значение
перем. емкости C, пф

В таблице приведены приблизительные данные для y-образной схемы согласования. Указанные значения пригодны лишь в том случае, когда входное сопротивление антенны лежит в пределах от 15 до 30 Ом и согласование производится с коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50. 70 Ом.

5. Дальность радиосвязи при прямой видимости

Дальность радиосвязи при прямой видимости и нормальной атмосферной рефракции зависит от высоты подвеса антенн и определяется нижеприведенной формулой:

Литература:
1. Bill Orr. Radio Handbook
2. Bill Orr. All about Cubical Quads.
3. К.Ротхаммель. Антенны.

Антенна – это радиотехническое устройство, которое преобразует энергию радиоволн в электрический сигнал и наоборот. Антенны различаются по типу, по назначению, по диапазону частот, по диаграмме направленности и т.д. В этой статье мы рассмотрим постройку самых распространенных радиолюбительских антенн. Лучший усилитель – это антенна!
Опытные радиолюбители это прекрасно знают и не жалеют времени и средств на совершенствование своих антен. Но даже представить трудно, сколько времени, усилий и средств, потребовалось “горячим финским парням” с OH8X, что бы соорудить такого “монстра”. Три элемента на 160м и четыре полноразмерных элемента на 80м. Причем, так как размеры элементов волнового канала равны половине длины волны, то каждый из четырех элементов длиной в сорок метров. И все это на высоте 100 метров. Впечатляет и вес этой конструкции – почти 40 тонн

Но “горячие” парни есть не только в Финляндии. Антенна RN6BN, а это

синфазная решетка из 65-ти пятнадцатиэлементных волновых каналов на 144мГц, впечатляет не меньше. Или же антенна UN7L. Конечно не “монстр”, но большинство радиолюбителей о такой могут только мечтать.

Ну и для тех, кто является счастливым обладателем автомобиля и мечтает установить на нем УКВ антенну. Как говорится, просто, но со вкусом

Все эти, и подобные антенны, требуют кропотливой настройки, огромных финансовых вложений, и, главное, большого опыта и знаний. Следует отметить, что простая, но отлаженная антенна, к примеру диполь, будет намного эффективней многоэлементной, но не настроенной антены.Настроенная резонансная антенна, позволит вам слушать и проводить радиосвязи с очень слабыми и дальними станциями. Плохая же антенна – сведёт на нет все ваши усилия по покупке или постройке приемникатрансивера
Теперь рассмотрим сами антенны. Начнем с самых простых и до самых качественных.

Антенна «Наклонный луч»

Ее полотно, это отрезок медного провода, который с одного конца закреплен за дерево, фонарный столб, крышу соседнего дома, а другой стороной подключается к приёмнику/трансиверу. Преимущества:- простота конструкции.

Недостатки:- слабое усиление, сильно подвержена городским шумам, требует согласования с трансивером/приёмником. Дла изготовления антенного полотна подойдет любой медный провод – одножильный, многожильный, в изоляции и без. Толщиналюбая, но – «чтобы не порвался» от своего веса, натяжения и ветра. В среднем, сечение 2.5-6 кв.мм. Вполе подойдет и расплетенный армейский телефонный провод. Антенна многодиапазонная, но колличество диапазонов, на которых ее можно использовать, зависит от ее размеров.
Длину антенного полотна определяем для самого низкочастотного диапазона по формуле 300/2*f, где f – срелняя частота диапазона. В частности, для 80-ти метрового диапазона это 42,6 метра. Антенна с такими разьерами будет прилично работать на 3.5, 7,0, 14,0, 21,0 и 28.0 мГц. Уменьшив размеры в два раза, мы получим все тоже, но без 3,5мГц Понятно, что размер приблизительный, так как длина полотна зависит от окружающих предметов, высоты подвеса, от того, в изоляции провод или нет. Точные размеры можно получить только после тщательной настройки.
Следует помнить, что провод антенны нельзя подвязывать непосредственно к опорам. Нужно установить несколько изоляторов на конце полотна антенны. Идеальные изоляторы – «орешкового типа»:

Для чего нужны изоляторы, должно быть понятно уже из самого их названия. Они изолируют полотно антенны по электричеству от дерева, столба и других конструкций, к которым вы будете крепить антенну. Если орешковые изоляторы не нашли, можно сделать самодельные из любого прочного диэлектрического материала: – пластик, текстолит, оргстекло, пвх трубки и т.д.

Дерево и производные (ДСП, двп и т.д.) использовать нельзя. На концах антенны должно быть 2 – 3 изолятора, с расстоянием 30-50см друг от друга. Как известно, полуволновый вибратор, запитаный с конца, коим и является резонансный (полуволновый) наклонный луч, имеет большое сопротивление и для подключения его к трансиверу или приемнику с низкоомным входом, необходимо согласующее устройство. О различных согласующих устройствах будет расказано в отдельной статье.

Читайте также:  Как зарядить аккумулятор телефона без зарядного устройства

Антенна «Диполь»

Это уже более серьезная антенна, чем наклонный луч. Диполь – это два отрезка провода, в центре которых подключается коаксиальный кабель снижения к трансиверу.

Длина диполя равна L/2. То есть, для участка 80м диапазона, длина равна 40м. Или по 20м провода в каждом плече диполя. Для более точного расчета применяем формулы. Точная формула: Длина диполя = 468/F х 0.3048 , где F–частота в МГц середины диапазона, для которого делаете диполь. Пример для 80м диапазона: – частота 3.65 МГц. 468/3.65 х 0.3048 = 39.08 метров. Обратите внимание – это общая длина диполя. Значит, каждое плечо будет в 2 раза меньше, то есть по 19.54 метра. Погрешность при построении плеч диполя должна быть сведена к минимуму, не больше 2-3см. Самое главное, чтобы плечи были одинаковой длины. В интернете так же есть онлайн «калькуляторы» для расчета диполей и других антенн: http://dxportal.ru/raschet-antenn.html и др.

Для изготовления антенны нам потребуется так же, как и для наклонного луча, медный провод. Сечение 2.5-6кв.мм. Можно использовать провод в изоляции, на низкочастотных диапазонах пвх-изоляция вносит несущественные потери. Размещение диполя – аналогично размещению наклонного луча. Но, тут уже высота подвеса играет более заметную роль.
Низкоподвешенный диполь работать не будет! Для нормальной работы высота подвеса диполя должна быть не ниже L/4. То есть, для 80м диапазона должна быть не ниже 17-20м.
В случае, если у вас рядом нет такой высоты, то диполь можно сделать на мачте, чтобы он принял форму перевёрнутой буквы V.

Последний вариант установки диполя называется «Inverted-V», то есть форма перевернутой буквы V. Центр диполя должен быть не ниже L/4, то есть для 80м диапазона – 20м. Но, в реальных условиях, допускается подвешивать центр диполя и на небольшие мачты, деревья, высотой 11-17м. Диполь на такой высоте работать будет, правда, заметно хуже.

Подключается диполь коаксиальным кабелем, с волновым сопротивлением 50 Ом. Это или отечественный кабель серии РК-50, или импортный серии RG и аналогичные. Длина кабеля особой роли не играет, но, чем он будет длиннее, тем больше в нём будет затухание сигнала. Так же и с толщиной кабеля, чем тоньше– тем больше затуханий сигнала.
Нормальная толщина кабеля для диполя (измеряется по внешнему диаметру) 7-10мм.

К сожалению, современный мир – это мир бытовых радиопомех – мощных, жирных, свистящих, стрекочущих, рычащих, пульсирующих и прочих, нехороших. Причина помех – наша современная жизнь: – телевизоры, компьютеры, светодиодные и энергосберегающие лампы, микроволновки, кондиционеры, Wi-Fiроутеры, компьютерные сети, стиральные машины и т.д. и т.п. Весь этот набор «жизни», радиосмог, создаёт адский шум в радиоэфире, который делает приём любительских радиостанций, на низкочастотных диапазонах, порой вообще невозможным… Поэтому, подключать диполь как раньше, в советское время уже нельзя.

Теперь подробнее. Стандартное подключение кабеля к Диполю. Конечно, из за подключения несимметричного коаксиального кабеля к симметричному Диполю, его диаграмма направленности немного косит, но на КВ это не так существенно


Плечи диполя прикручиваются на любую прочную, диэлектрическую пластину. Центральная жила кабеля подпаивается к одному плечу, оплетка кабеля – ко второму плечу.
Прикручивать кабель нельзя, только паять. Такое подключение было стандартным, и вполне устраивало в советские времена, когда не было бытовых помех в эфире. Сейчас такое подключение можно использовать только в одном случае: – вы живёте на даче или в лесу. Но, такое бывает редко, поэтому переходим к современным вариантам подключения.

Более приемлимый вариант подключения кабеля для города, при использовании мощного передатчика трансивера.Само подключение кабеля к диполю такое же, но, перед припаиванием –надеваем на кабель 15-30 ферритовых колечек, чем больше, тем лучше. Главное, чтобы эти колечки были как можно ближе к месту подпайки кабеля, почти вплотную.
Кольца желательно использовать с магнитной проницаемостью 1000НМ. Но, подойдут любые, которые найдёте, и которые плотно будут сидеть на вашем кабеле. Можно использовать кольца из телевизоров и мониторов:После установки колец на кабель, наденьте на них термоусадочную трубку и феном обожмите, чтобы они плотно сидели. Если нет термоусадочной трубки, то просто обмотайте плотно изолентой.

Такой способ немного снизит уровень шума по приёму. К примеру, если у вас шум был на уровне 8 баллов, то станет 7. Не много конечно, но лучше, чем ничего. Суть такого метода – ферритовые кольца снижают приём помех самим кабелем.

Вариант подключения для города, а так же для маломощных передатчиков. Самый лучший вариант. Есть два способа подключения. 1. Берём ферритовое кольцо необходимого диаметра, с проницаемостью 1000НМ, обматываем его изолентой(чтобы кабель не повредить), и продеваем сквозь него 6-8 витков кабеля. После чего припаиваем кабель к диполю обычным способом. У нас получился трансформатор. Его нужно так же подключать как можно ближе к точкам припаивания диполя.

Если нет большого ферритового кольца, чтобы просунуть сквозь него толстый, жесткий коаксиальный кабель, тогда придётся попаять. Берем кольцо поменьше, и наматываем на него 7-9 витков провода, диаметром 2-4мм. Мотать нужно сразу двумя проводами, а кольцо так же обернуть изолентой, чтобы не повредить провод. Как подключать – показано на рисунке:То есть плечи диполя подпаиваем к двум верхним проводам трансформатора, а центральную жилу и оплётку кабеля – к двум нижним.

Такое подключение кабеля к диполю убивает сразу двух зайцев: – снижает уровень шумов, которые принимает сам кабель и согласовывает симметричный диполь, с нессиметричным кабелем. А это, в свою очередь увеличивает шанс на то, что вас, со слабым передатчиком (1-5Вт) – услышат.

Читайте также:  Как обтянуть табурет своими руками

Антенна Диполь – хорошая антенна, которая имеет небольшую диаграмму направленности и лучше принимает и усиливает, нежели антенна Наклонный луч. Диполь, особенно с 3-м вариантом подключения – идеальное решение для работы в походных условиях. Особенно, если у вас маломощный трансивер с выходной мощностью 1-5Вт. Так же диполь – идеальное решение для города и для начинающих радиолюбителей, т.к. его просто натянуть между крышами, не содержит каких-либо дорогих деталей и не требует настройки,
естественно, если вы изначально правильно рассчитали его длину.

Антенна «Дельта» или треугольник

Треугольник – это самая лучшая антенна низкочастотных КВ диапазонов, которую только можно построить в городских условиях.

Эта антенна представляет собой треугольную рамку из медного провода, растянутую между крышами 3-х домов, в разрыв любого угла подключается кабель снижения. Антенна представляет собой замкнутый контур, поэтому бытовые помехи синфазно гасятся в ней. Уровень шума у Дельты – много ниже, чем у Диполя. Для сравнения. Если с наклонным лучом – уровень шума 9 баллов, то .Диполь с простым подключением – уровень шума 8 баллов. Диполь с трансформаторным подключением – уровень шума 6.5 балла.Треугольник – уровень шума 3-4 балла. Так же, Дельта имеет большее усиление, чем Диполь. Для работы на дольшие расстояния (свыше 2000км), один из углов антенны надо поднять, или наоборот, опустить. То есть, чтобы плоскость треугольника была под углом к горизонту.

Треугольник изготавливается как же из медного провода. Растягивается между крышами соседних домов. Длина провода дельты рассчитывается по формуле: L (м )= 304.8/F (MГц).
Или можно на сайте, по онлайн калькулятору: http://dxportal.ru/raschet-antenn.html Например для 80м диапазона длина треугольника должна быть 83.42м, или 27.8м каждая сторона.
Высота подвеса – не ниже 15м. Идеально – 25-35м.

Напрямую подключать 50-омный кабель к треугольнику нельзя, потому, что волновое сопротивление треугольника 160-210 Ом. Его нужно согласовать с кабелем. Для этих целей создаются согласующие трансформаторы. Их еще называют балуны. Нам нужен балун 1:4. Качественно и правильно изготовить балун можно только с помощью приборов, которые измеряют параметры антенны. Поэтому, мы не будем приводить описание его изготовления. Для начинающих радиолюбителей, единственный вариант – это или купить балун, или пойти к более опытным радиолюбителям-соседям, или, например, в местный радиокружок и попросить их помощи.

В заключении, еще раз обращаем ваше внимание на то, что Антенна – это самый важный элемент у радиолюбителя. При хорошей антенне, вас будут прекрасно слышать, даже если у вас самодельный трансивер с 1-5Вт выходной мощности. И, вы можете купить за 2 – 3 тысячи у.е. японский трансивер, а антенну сделать плохую, в итоге – вас никто не услышит. Да, и еще совет: – если не знаете, какое расстояние между вашими домами – загляните в Яндекс-карты, там есть функция линейки + карты были в 2015 году обновлены.
Можно по ним антенну рассчитывать.

И еще. Вот мнение об антенне Дельта известного коротковолновика RZ9CJ

За многие годы работы в эфире опробованы большинство из существующих антенн. Когда после всех них сделал и попробовал работать на вертикальной Дельте,понял – сколько времени и сил я потратил на все те антенны – зря. Единственная ненаправленная антенна , которая принесла массу приятных часов за трансивером – это вертикальная Дельта с вертикальной поляризацией . Так она мне понравилась , что я сделал 4 штуки на 10,15,20 и 40 метров. В планах – сделать еще и на 80 м . Кстати – почти все эти антенны сразу же после постройки *попали * более-менее по КСВ.Все мачты метров по 8 высотой. Трубы 4 метра – из ближайшего ЖЭКа Выше труб – бамбуковые палки по две связки вверх. Ох и ломаются же они, заразы. Раз 5 уже менял. Лучше их по 3 штуки связывать – получится потолще но и простоит подольше. Стоят палки недорого – в общем бюджетный вариант лучшей ненаправленной антенны. По сравнению с диполем – земля и небо. Реально *пробивал* pile-up -ы Что не удавалось на диполе. Кабель 50 Ом подключается в точке питания к полотну антенны. Горизонтальный провод должен быть на высоте не менее 0,05 волны ( спасибо VE3KF ) Т.е. для 40 м диапазона – это 2 метра. RZ9CJ

На этом всё, удачи вам в постройке эффективной и малошумящей антенны!
73!

Читайте также:  Как покрасить арку в квартире

Как-то вечером, желая посчитать войдёт ли в мой малогабаритный садик Inv V на 80 метров, не найдя калькулятора на обычном месте, на полке слева, набрал в поисковике "online calculator". И каково же было моё удивление, когда в строчке номер 38 я увидел "Онлайн калькулятор проволочных антенн"! Ну, я уже перевёл английский, там было слегка по другому 🙂 Но суть от этого не поменялась. Я, конечно же туда сходил,думаю многие на этом сайте уже были, но для меня это было открытие. Я, как соображающий как это делается, сразу "украл" это себе на локальную машину. Кстати, работоспособности этого калькулятора это ничем не угрожает, разве только станете плохо спать из-за угрызений совести по поводу нарушения авторских прав. Но поскольку тут обычная арифметика и физика, "заряженная" в скрипт для работы по принципу клиент-сервер, думаю что после моей переделки и указания первоисточника идеи даже к моему сайту претензий быть не может. Тем более к использованию на локальной машине. Одним словом, вот источник http://www.ccdxc.org/ant_calc.htm, а вот мой вариант, попроще и в метрической системе. Комментанрии тоже творчески переработаны в стиле моего сайта 🙂

Калькулятор коротковолновых проволочных антенн не является изобретением и не избавит вас от необходимости рассчитанные метры отмерять в проволоке, где погрешность может оказаться куда большей чем в калькуляторе 🙂 Тем не менее вычисление длины для середины диапазона производится с более чем достаточной точностью. Учитываются размеры не только горизонтальных полотен, но и длины наклонных лучей и их проекция на землю (войдёт или не войдёт в мой садик:-). По ходу даются пояснения, которые помогут не радиоинженерам лучше понять физику работы антенн. Просчитываемые частоты от 1,8 до 30 мгц.

Простая формула запитанных с середины плеча полуволновых диполей и Inverted Vee антенн: 142,65 ÷ частота (мгц) = длина (метров) . Не забывайте про ёмкостной "концевой эффект" (коэффициент укорочения) коррекцию которого формула уже содержит. И еще антенна Inverted Vee будет короче на 2-5 % в зависимости от угла между горизонталью и плечами антенны.

Стандартный полуволновый диполь П олуволноый Inverted Vee диполь

Сопротивление полуволнового диполя примерно 76 Ом что даёт возможность запитывать их непосредственно кабелем 75 Ом, применяя кабель в 50 Ом нужно использовать либо тюнер, либо трансформатор (желательно с балуном). Инвертед Ви, у которой концы (пучности напряжения) гораздо ближе к земле, и сопротивление ближе к 50 Омам, поэтому такие антенны можно питать кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом напрямую. Балун при этом всё равно весьма желателен.

Уппрощенная формула расчёта длинн волновых рамок следующая: 306,3 ÷ частота ( мгц ) = длина ( в метрах ) .

Полноразмерная квадратная рамка Полноразмерная треугольная рамка

Размеры волновых рамок, конечно же, больше чем у полуволновых дипольных антенн. Но и уровни сигналов с них больше, а уровень местных электрических помех меньше. Отсюда два замечания.
1. Надо сказать, что волновое сопротивление волновой петли (треугольник или квадрат, уже не важно) находится в пределах 100-120 ом. К сожалению, я встречал людей, которые искали обмен коаксиальный кабель 100 Ом на аналогичной длины 75 Ом Не делайте этого 🙂 Читайте больше и вы всегда найдете решение. Если вы почитаете литературу, то увидите, что рамки возможно запитывать для случаев горизонтальной (снизу) и вертикальной (сбоку) поляризацией. Есть возможность получить небольшое преимущество для НЧ диапазонов.
2. Если не удается поднять LOOP антенну на нужную высоту не расстраивайтесь: нет худа без добра. 1-3 дБ прироста со стороны куда наклонена ваша дельта (квадрат). Ну и в конце прикол от авторов ". даже вшивая антенна лучше чем её отсутствие !". Соглашусь на 100% 🙂

You have no rights to post comments Недостаточно прав для комментирования

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*